面向空间变刚度薄壁框架梁构件的螺旋变刃倾角立铣刀设计：加工质量与刀具磨损

《Coatings》：Design of a Helical Variable-Angle End Mill for Thin-Walled Frame-Beam Components with Spatially Varying Stiffness: Machining Quality and Tool Wear

　　

摘要

框梁类薄壁构件因其轻量化特性和高比强度在航天设备中得到广泛应用。然而，其刚度高低不一且空间分布不均，在加工过程中易受刀具振动和工件变形的影响，使得控制变形量以及在加工区域内保持均匀的变形分布面临较大挑战。针对传统立铣刀在加工框梁类薄壁构件方面的局限性，本文设计并制造了一种与工件刚度空间变化相匹配的螺旋变角度立铣刀。该刀具的前角和后角从刀尖向刀柄方向逐渐增大，从而逐步提高切削刃锋利度并降低加工过程中产生的切削力。这种几何变化旨在匹配工件从固定端到自由端刚度逐渐降低的特点。随后在VDL850加工中心上进行了单因素对比铣削实验，以评估所提刀具的加工性能。结果表明，与常规立铣刀相比，该螺旋变角度立铣刀使切削力至少降低9.50%，后刀面磨损降低77.78%，加工振动降低25.17%，加工误差降低24.13%。上述改进减小了工件变形，并促进加工区域内变形分布更加均匀，从而提高了加工质量及其一致性。